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Textaufgaben: Sicherheitsmaßnahmen

Gurt und Ortsdurchfahrt — zwei Bewertungsaufgaben mit gestuften Hinweisen und Erwartungshorizont.

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Zwei Bewertungsaufgaben mit Erwartungshorizont

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Gurt oder kein Gurt?

AFB III

Ein Mitfahrer (68 kg) legt auf einer kurzen Strecke innerorts den Gurt nicht an: „Bei 50 km/h kann ich mich zur Not mit den Armen abstützen.“ Bei einem Aufprall ohne Gurt steht ihm ein Verformungsweg von etwa 5 cm zur Verfügung, mit Gurt und Airbag dagegen etwa 60 cm.

  1. Berechnen Sie die Bewegungsenergie des Mitfahrers bei 50 km/h.
  2. Berechnen Sie die mittlere Kraft auf seinen Körper in beiden Fällen.
  3. Vergleichen Sie diese Kräfte mit seiner Gewichtskraft.
  4. Beurteilen Sie seine Aussage.
Hinweis zu Aufgabe a)
Ekin = ½ · m · v², mit v in m/s.50 km/h sind 13,89 m/s.
Hinweis zu Aufgabe b)
F = Ekin : s, einmal mit s = 0,05 m, einmal mit s = 0,60 m.Geben Sie die Ergebnisse in kN an, sonst werden die Zahlen unübersichtlich.
Hinweis zu Aufgabe c)
FG = m · g. Bilden Sie jeweils das Verhältnis F : FG.„Vergleichen“ verlangt beide Verhältnisse und eine Aussage dazu.
Hinweis zu Aufgabe d)
Schätzen Sie ab, welche Kraft ein Mensch mit den Armen aufbringen kann, und vergleichen Sie.„Beurteilen“ verlangt ein begründetes Urteil, gestützt auf die Rechnung.
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

v = 50 : 3,6 = 13,89 m/s.
Ekin = ½ · 68 kg · (13,89 m/s)² ≈ 6559 J ≈ 6,6 kJ.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Ohne Gurt (s = 0,05 m): F = 6559 : 0,05 ≈ 131 200 N ≈ 131 kN.
Mit Gurt und Airbag (s = 0,60 m): F = 6559 : 0,60 ≈ 10 900 N ≈ 10,9 kN.

Die Kraft sinkt auf ein Zwölftel — genau im Verhältnis der Verformungswege 0,60 : 0,05.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

FG = 68 kg · 9,81 m/s² ≈ 667 N.

Ohne Gurt: 131 200 : 667 ≈ 197-fache Gewichtskraft. Das entspricht dem Gewicht von rund 13 Tonnen, die auf dem Körper lasten.
Mit Gurt: 10 900 : 667 ≈ 16-fache Gewichtskraft, also etwa 1,1 Tonnen.

Beide Werte sind hoch, unterscheiden sich aber um mehr als eine Größenordnung.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage ist nicht haltbar.

Sachurteil: Ein trainierter Mensch kann mit den Armen kurzzeitig vielleicht 1 kN aufbringen. Erforderlich wären ohne Gurt aber rund 131 kN — das Hundertfache. Sich abzustützen ist physikalisch völlig aussichtslos. Hinzu kommt, dass die Reaktionszeit von etwa einer Sekunde länger ist als die gesamte Dauer des Aufpralls (Größenordnung Hundertstelsekunde) — man könnte gar nicht rechtzeitig reagieren.

Kriterien und Abwägung: Nach dem Kriterium Wirksamkeit ist der Gurt die mit Abstand wirksamste Einzelmaßnahme im Fahrzeug; er senkt die Belastung um den Faktor zwölf. Nach dem Kriterium Aufwand kostet er nichts außer zwei Sekunden Zeit. Nach dem Kriterium Zuverlässigkeit gilt allerdings: Er wirkt ausschließlich, wenn er angelegt ist — und der Airbag ist ohne Gurt sogar zusätzlich gefährlich, weil der Körper ihm zu schnell entgegenkommt.

Urteil: Auch auf kurzen Strecken innerorts ist das Anlegen des Gurtes geboten. Das Argument der kurzen Strecke geht ins Leere, weil die Belastung allein von der Geschwindigkeit abhängt, nicht von der zurückgelegten Entfernung.

2

Zwei Maßnahmen im Vergleich

AFB III

Eine Gemeinde diskutiert zwei Vorschläge für eine Ortsdurchfahrt: Vorschlag A — Tempo 30 statt 50 km/h. Vorschlag B — Aufbau von Schutzplanken mit großem Verformungsweg (statt 0,1 m nun 0,5 m) entlang der Fahrbahn. Betrachtet wird ein Fahrzeug mit 1200 kg.

  1. Berechnen Sie die Bewegungsenergie des Fahrzeugs bei 50 km/h und bei 30 km/h.
  2. Bestimmen Sie für beide Vorschläge die mittlere Kraft beim Aufprall auf die Planke (Vorschlag A: 30 km/h auf die alte Planke mit 0,1 m; Vorschlag B: 50 km/h auf die neue Planke mit 0,5 m).
  3. Vergleichen Sie die Wirkung beider Vorschläge anhand Ihrer Ergebnisse.
  4. Beurteilen Sie, welchen Vorschlag Sie der Gemeinde empfehlen würden.
Hinweis zu Aufgabe a)
Ekin = ½ · m · v² für beide Geschwindigkeiten.30 km/h sind 8,33 m/s, 50 km/h sind 13,89 m/s.
Hinweis zu Aufgabe b)
F = Ekin : s mit den jeweils passenden Werten aus a).Achten Sie darauf, welche Energie zu welchem Verformungsweg gehört.
Hinweis zu Aufgabe c)
Stellen Sie beide Kräfte gegenüber. Welcher Vorschlag senkt die Belastung stärker — und woran liegt das?„Vergleichen“ verlangt beide Werte und eine gewichtende Aussage.
Hinweis zu Aufgabe d)
Ziehen Sie neben der Wirksamkeit auch Zuverlässigkeit, Nebenwirkungen und Aufwand heran. Denken Sie auch an Personen außerhalb des Fahrzeugs.„Beurteilen“: eigenes Urteil, gestützt auf offengelegte Kriterien.
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Bei 50 km/h: Ekin = ½ · 1200 · 13,89² ≈ 115 700 J ≈ 116 kJ.
Bei 30 km/h: Ekin = ½ · 1200 · 8,33² ≈ 41 600 J ≈ 41,6 kJ.

Das Verhältnis beträgt (50 : 30)² ≈ 2,8.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Vorschlag A (30 km/h, s = 0,1 m): F = 41 600 : 0,1 = 416 kN.
Vorschlag B (50 km/h, s = 0,5 m): F = 115 700 : 0,5 ≈ 231 kN.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Vorschlag B senkt die Kraft in diesem Rechenbeispiel stärker (231 kN gegenüber 416 kN), obwohl weiterhin 50 km/h gefahren werden. Der Grund: Der Verformungsweg wird verfünffacht, die Energie aber nur auf das 2,8-Fache erhöht — der Faktor 5 im Nenner überwiegt.

Zu beachten ist allerdings, dass Vorschlag A die Energie selbst verringert und damit jeden Unfalltyp entschärft, während Vorschlag B nur beim Aufprall auf die Planke wirkt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Empfehlung: Vorschlag A — gegebenenfalls ergänzt um Vorschlag B.

Wirksamkeit: Im gerechneten Einzelfall schneidet B besser ab. Dieser Vorteil gilt aber nur für Auffährten auf die Planke. Tempo 30 senkt zusätzlich den Anhalteweg von rund 27 m auf rund 13 m und verhindert dadurch Unfälle, die sonst überhaupt erst entstünden.

Reichweite: Vorschlag B schützt ausschließlich Fahrzeuginsassen. Fußgänger und Radfahrende profitieren gar nicht — für sie ist die Aufprallgeschwindigkeit entscheidend, und genau die senkt nur Vorschlag A.

Zuverlässigkeit: Planken wirken immer, ein Tempolimit nur bei Einhaltung. Das spricht für B beziehungsweise dafür, A durch bauliche Maßnahmen zu unterstützen.

Aufwand: Ein Schild ist deutlich billiger als ein Umbau der gesamten Ortsdurchfahrt.

Abwägung: Da eine Ortsdurchfahrt typischerweise auch von Fußgängern genutzt wird und der Aufwand gering ist, wiegt die breitere Schutzwirkung von A schwerer als der rechnerische Vorteil von B im Einzelfall. Ideal wäre die Kombination beider Maßnahmen.